DE2642404A1 - MAGNETIC MEASURING DEVICE - Google Patents

Description

Raytheon Company, l4l Spring Street, Lexington, MA 02173, Vereinigte Staaten von AmerikaRaytheon Company, 14l Spring Street, Lexington, MA 02173, United States of America

Magnetische MeßeinrichtungMagnetic measuring device

Die Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf Meßeinrichtungen, insbesondere auf Meßinstrumente mit einem Drehmagneten oder Rotor.The invention relates generally to measuring devices, in particular to measuring instruments with a rotary magnet or rotor.

Ein Meßinstrument dieser Art zum Messen von Strömen besteht allgemein aus einem quer magnetisierten Zylinder, der einen sich in radialer Richtung erstreckenden Zeiger trägt und der in der Mitte zwischen zwei die Nullstellung bedingenden magnetischen Polschuhen angeordnet ist. Der Zylinder ist drehbar gelagert und kann abhängig von dem in zwei einander gegenüberliegenden Spulen fließenden Strom aus der Nullstellung ausgelenkt werden. Dieses Spulenpaar ist gegenüber dem Polschuhpaar für die Nullstellung um einen Winkel gedreht angeordnet. Auf diese Weise wird der von dem Zylinder getragene Zeiger aus der Nullstellung ausgelenkt und gleitet dabei im Bogen über eine Skalenscheibe , um den Wert des in den Spulen fließenden Stromes anzu zeigen. Dabei muß man jedoch feststellen, daß der Zeiger nichtA measuring instrument of this type for measuring currents generally consists of a transversely magnetized cylinder which carries a pointer extending in the radial direction and which is arranged in the middle between two magnetic pole pieces which cause the zero position. The cylinder is rotatably mounted and can be deflected from the zero position depending on the current flowing in two opposing coils. This pair of coils is arranged rotated by an angle with respect to the pair of pole shoes for the zero position. In this way, the pointer carried by the cylinder is deflected from the zero position and slides in an arc over a dial to show the value of the current flowing in the coils. However, one has to realize that the pointer does not

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immer in gleichen Abständen erfolgenden Stromwertänderungen mit gleich großen Bogenabschnitten auf der Skala folgt. Der Zeiger zeigt also möJLicherweise einen falschen Wert für den die Spule durchfließenden Strom an.Changes in current values always taking place at the same intervals with arc sections of the same size on the scale follow. The pointer So possibly shows a wrong value for the coil flowing current.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Meßinstrument mit Drehmagneten zu schaffen, bei dim sichergestellt ist, daß der Zylinder und Zeiger gleich großen Änderungen der zu messenden Größe mit gleich großen Ausschlagsänderungen folgt.The object of the invention is therefore to provide a measuring instrument with rotary magnets to create at dim it is ensured that the cylinder and pointer follows changes of the same size in the quantity to be measured with changes of deflection of the same size.

Die Erfindung betrifft daher eine magnetische Meßeinrichtung, die einen im Ruhezustand eine Nullstellung einnehmenden magnetischen Rotor aufweist, der durch auf ihn einwirkende veränderliche magnetische Drehkrä-fte, die von in der Nähe des Rotors angebrachten Steuerelementen ausgeübt werden,aus der Nullstellung auslenkbar ist und der mit Rückstellelementen für die Rückdrehung in die Nullstellung gekoppelt ist.The invention therefore relates to a magnetic measuring device which has a magnetic zero position in the idle state Has rotor, which by acting on it variable magnetic rotary forces generated by in the vicinity of the rotor Attached controls are exercised, can be deflected from the zero position and with reset elements for the Reverse rotation is coupled to the zero position.

Gemäß der Erfindung ist eiie solche. Meßeinrichtung dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Ausgleich sdrehelemente in'der Nähe des Rotors angeordnet sind, die sicherstellen, daß die jeweilige Auslenkung des Rotors aus der Nullstellung den von den Steuerelementen ausgeübten magnetischen Drehkräften entspricht.According to the invention, one is such. Measuring device characterized by that additional compensating rotary elements in'der Are arranged near the rotor, which ensure that the respective deflection of the rotor from the zero position that of corresponds to the magnetic torsional forces exerted by the controls.

Die Steuerelemente können dabei aus einem Paar axial ausgerichteter ι und miteinander verbundener Spulen bestehen, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Rotors mit Abstand angeordnet sind, während die Rückstellelemente von einem auf derselben Gerade liegenden Paar von Dauermagneten gebildet werden können, die auf gegenüberliegenden Seiten des Rotors mit gegensätzlichen Polen auf diesen weisend angeordnet sind. Der Winkel zwischen jeweils einem der Dauermagnete und der im Uhrzeigersinn nächstfolgenden Spule ist vorzugsweise größer als 90°.The controls can consist of a pair of axially aligned ι and interconnected coils that are spaced on opposite sides of the rotor, while the restoring elements can be formed by a pair of permanent magnets lying on the same straight line, the are arranged on opposite sides of the rotor with opposite poles pointing towards them. The angle between in each case one of the permanent magnets and the coil following in the clockwise direction is preferably greater than 90 °.

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Die Drehausgleichselemente können aus einem auf derselben Gerade liegenden Paar von weichmagnetischen Ausgleichselementen bestehen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Rotors und jeweils zwischen einem Rückstell- und einem Steuerelement angeordnet sind. Jedes der Ausgleichselemente kann aus einem einheitlichen Element oder aus mehreren Teilelementen bestehen·The rotary compensation elements can consist of a pair of soft magnetic compensation elements lying on the same straight line, which are arranged on opposite sides of the rotor and each between a reset and a control element. Each the compensation element can consist of a single element or several sub-elements

Bei einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Paar von weichmagnetischen Ausgleichselementen sind diese in einem Winkel von 90° zu der von den beiden Steuerelementen gebildeten Geraden angeordnet. Dabei kann jedes Ausgleichselement aus einem einzigen Element oder aber aus mehreren, als eine Einheit zusammenwirkenden Teilelementen bestehen, die in geeigneter Weise miteinander verbunden sind.In a preferred embodiment with a pair of soft magnetic compensation elements, these are at an angle of 90 ° to the straight line formed by the two control elements. Each compensation element can consist of a single one Element or consist of several, cooperating as a unit sub-elements, which in a suitable manner with each other are connected.

Bei einer anderen Ausführungsform besteht jedes Ausgleichselement aus einer bogenförmigen Anordnung von mehreren weichmagnetischen Elementen mit unterschiedlichem Abstand voneinander, der beispielsweise von einem Rückstellelement im Uhrzeigersinn ausgehend bis zu einer um 90° gegenüber den Steuerelementen gedrehten Grade und von da ab mit einem engeren Abstand beginnend zunehmend größer wird.In another embodiment, there is each compensating element from an arcuate arrangement of several soft magnetic elements with different distances from one another, for example starting from a reset element clockwise up to a degree rotated by 90 ° with respect to the control elements and from then on it becomes increasingly larger, starting with a narrower distance.

Weitere Einzelheiten der Erfindung seien nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Further details of the invention are explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing.

Im einzelnen zeigen:Show in detail:

Fig. 1 die Draufsicht eines Drehmagnetmeßinstruments gemäß der Erfindung,Fig. 1 is a plan view of a rotary magnet measuring instrument according to the invention,

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1,Fig. 2 is a cross-section along the line 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise des Meßinstruments gemäß Fig. 1,3 shows a schematic illustration to explain the mode of operation of the measuring instrument according to FIG. 1,

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Fig. 4 eine schematische Darstellung ähnlich der gemäß Fig. mit Bezug auf eine weitere Ausführungsform,FIG. 4 shows a schematic representation similar to that according to FIG. with reference to a further embodiment,

Fig. 5 eine Kurvenschar zur Erläuterung des Effekts der Korrektur von Linearitätsfehlern der Instrumentenanzeige,Fig. 5 is a family of curves to explain the effect of Correction of linearity errors in the instrument display,

Fig. 6 eine Kurve bezüglich des Einflusses der RUckstellmagnete auf die Instrumentenanzeige,6 shows a curve relating to the influence of the reset magnets on the instrument display,

Fig· 7 eine Kurve bezüglich des Einflusses der Drehausgleichselemente und7 shows a curve relating to the influence of the rotary compensation elements and

Fig. 8 eine Kurve bezüglich des Einflusses der Spulen auf die Instrumentenanzeige·8 shows a curve relating to the influence of the coils on the instrument display.

Dabei sind in allen Figuren'gleiche Teile mit demselben Kennzeichen bezeichnet.The same parts are in all figures with the same identifier designated.

Das in Fig. 1 nd Fig. 2 gezeigte Drehmagnetinstrument besteht aus einem Gehäuse 12, aus nichtmagnetischem Material, wie zum Beispiel Kunstharz, Es weist ein im wesentlichen rechteckförmiges Schaufenster aus durchsichtigem Material, zum Beispiel Glas, auf, durch das die Lage eines Zeigers 16 mit Bezug auf eine darunter liegende Skalenscheibe 18 beobachtet werden kann. Die Skalenscheibe 18 ist aus geeignetem leichten und starren Material, zum Beispiel Plastik, hergestellt und trägt auf seiner dem Zeiger 16 zugewandten Seite eine Bogenskala 20. Diese weist eine gleichmäßige Skalenteilung auf, anhand derer der Ausschlag des Zeigers 16 gemessen werden kann.The rotary magnetic instrument shown in FIGS. 1 and 2 consists of a housing 12 made of non-magnetic material, such as synthetic resin with reference to an underlying dial 18 can be observed. The dial 18 is made of a suitable light and rigid material, for example plastic, and has an arc scale 20 on its side facing the pointer 16.

Innerhalb des Gehäuses 12 ist der Zeiger mit seinem Ende in an sich bekannter Weise an einer drehbaren Achse 24 befestigt, während das freie Ende des Zeigers die Skala 20 überstreicht. Von der Achse 24 aus erstreckt sich der Zeiger 16 durch eine schlitzförmige öffnung 26 einer Trägerhülse 28, die aus elektrisch leitendem Material, zum Beispiel Kupfer, besieht. An. beiden EndenInside the housing 12, the end of the pointer is attached to a rotatable shaft 24 in a manner known per se, while the free end of the pointer sweeps over the scale 20. From the axis 24 of the pointer 16 extends through a slot-shaped opening 26 of a carrier sleeve 28, which is made of electrically conductive material such as copper. At. both ends

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der Trägerhülse 28 sind Edelsteinlager 30 und 32 angebracht, in denen die Achse 24 mit ihren Spitzen drehbar gelagert ist. Das eine Ende der Trägerhülse 28 mit dem Lager 32 kann in an sich bekannter Weise mit einem Stoßdämpfer 34 gekoppelt sein, der am Gehäuse 12 angebracht ist.the carrier sleeve 28 is fitted with gemstone bearings 30 and 32, in which the axis 24 is rotatably mounted with its tips. One end of the support sleeve 28 with the bearing 32 can be coupled to a shock absorber 34 in a manner known per se, which is attached to the housing 12.

Die Achse 24 besteht aus nichtmagnetischem Material, wie zum Beispiel Osmium. Sie ist durch einen zylinderförmigen Magneten 38 geführt und fest mit diesem verbunden, so daß die Achse 24 innerhalb der Trägerhülse 28 durch den Magneten 38 gedreht werden kann. Der Magnet oder Rotor 38 ist senkrecht zur Achsrichtung magnetisiert, so daß er zwei gewölbte Pole aufweist; er besteht vorzugsweise aus Material mit hoher Koerzitivkraft, vie zum Beispiel Samarium-Kobalt· Die Achse des Rotors 38 liegt dabei in einer von zwei einander gegenüberliegenden Rückstellmagneten fyO und 42 gebildeten Ebene. Beide Magnete bestehen ebenfalls aus einem Material mit hoher Koerzitivkraft, zum Beispiel Bariumferrit. Sie sind mit einander entgegengesetzten Polen dem Rotor 38 zugewandt und mit vorgegebenem radialen Abstand zur Trägerhülse 28 an einem diese umgebenden Ring 44 befestigt, zum Beispiel durch Kleben. Dieser Ring 44 ist aus nichtmagnetischem Stoff, wie zum Beispiel Messing, und weist einen mit einen Innengewinde versehenen Ansatz 46 auf, der mit einem ein Aussengewinde aufweisenden äusseren Teilstück der Trägerhülse 28 in Eingriff steht. Dieser Ansatz 46 kann mit einer in Achsrichtung wirkenden Madenschraube 48 versehen sein, die zur Feststellung des Ringes auf einen die Trägerhülse 28 umgebenden Flansch 50 einwirkt. Die Madenschraube 48 verhindert somit ein Drehen des Ringes 44 und hält die Rückstellmagnete in einer gewünschten Lage gegenüber den anderen Elementen des Messinstrumentes 10.The axis 24 is made of a non-magnetic material such as osmium. It is guided through a cylindrical magnet 38 and firmly connected to it, so that the axis 24 can be rotated within the support sleeve 28 by the magnet 38. The magnet or rotor 38 is magnetized perpendicular to the axial direction so that it has two curved poles; it is preferably made of material with high coercive force, vie for example samarium-cobalt · The axis of the rotor 38 lies in one of two opposing return magnet 42 and Fyo plane formed. Both magnets are also made of a material with a high coercive force, for example barium ferrite. They face the rotor 38 with opposite poles and are fastened at a predetermined radial distance from the carrier sleeve 28 to a ring 44 surrounding the latter, for example by gluing. This ring 44 is made of a non-magnetic material, such as brass, for example, and has an extension 46 which is provided with an internal thread and which engages with an outer section of the carrier sleeve 28 having an external thread. This projection 46 can be provided with a grub screw 48 which acts in the axial direction and which acts on a flange 50 surrounding the carrier sleeve 28 to fix the ring. The grub screw 48 thus prevents the ring 44 from rotating and holds the reset magnets in a desired position relative to the other elements of the measuring instrument 10.

Gegenüber den beiden Rückstellmagneten 40 und 42 sind im Uhrzeigersinn versetzt, zwei einander gegenüberliegende Spulen 52 und 54 mit dem Rotor 38 in ihrer Mitte angeordnet. DieseCompared to the two return magnet 40 and 42 are offset in the clockwise direction, two opposing coils 52 and 54 disposed with the rotor 38 at its center. These

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Spulen können ausserhalb des Ringes 44 angebracht und in geeigneter Weise, zum Beispiel durch nicht gezeigte, isolierte Klammern, an gegenüberliegenden Wänden einer kastenförmigen Umrahmung oder Gehäuse 56 befestigt sein. Dieses Gehäuse 56 besteht aus weichmagnetischem Material, zum Beispiel Eisen, als magnetischer Schirm für die davon eingeschlossenen Elemente. Die Spulen 52 und 54 sind elektrisch über einen Leiter 58 in Reihe geschaltet und über die Leiter 60 und 62 mit Anschlüssen am Gehäuse 12» verbunden. Wenn daher die Spulen und 54 von Strom durchflossen werden, entsteht zwischen beiden Spulen ein Magnetfeld, Dieses durchsetzt zum Teil den Rotor und wirkt dabei so auf ihn ein, daß er im Uhrzeigersinn dreht, um sich nach (fen Spulen auszurichten. Demzufolge schlägt der Zeiger 16 entlang der Skala 20 aus, wobei der Ausschlag von der Stärke des die Spulen 52 und 54 durchfließenden Stromes abhängig ist.Coils can be attached outside the ring 44 and in a suitable manner Way, for example by not shown, insulated brackets, on opposite walls of a box-shaped frame or housing 56 be attached. This housing 56 is made of soft magnetic material, for example iron, as a magnetic screen for the elements enclosed by it. The coils 52 and 54 are electrical via a conductor 58 connected in series and via the conductors 60 and 62 with connections connected to the housing 12 ». Therefore, when current flows through the coils 14 and 54, it occurs between the two Coils create a magnetic field, this partially penetrates the rotor and acts on it in such a way that it turns clockwise to align itself with the coils. As a result, it strikes Pointer 16 along the scale 20, the deflection being dependent on the strength of the current flowing through the coils 52 and 54 is dependent.

Dabei ist festzustellen, daß der Zeiger 16 Stromwertänderungen mit gleichen Abständen nicht mit gleichen Abständen auf der Skala folgt. In Auswirkung der Erfindung sind daher zwischen den Rückstellmagneten 40 und 42 und den im Uhrzeigersinn folgenden Spulen 52 und 54 Ausgleichsdrehelemente vorgesehen, die aus weichmagnetischen Elementen 64 und 66 bestehen. Diese sind einander gegenüber mit dem Rotor 38 in der Mitte und gegenüber den Rückstellmagneten 40 und 42 im Uhrzeigersinn um einen vorgegebenen Winkel versetzt angeordnet, wie Fig. 1 zeigt. Die Ausgleichsdrehelemente 64 und 66 sind in herkömmlicher Weise, zum Beispiel durch Kleben, an gegenüberliegenden Randflächen des Ringes 44 befestigt, wobei sie mit dem Rotor 38, den Rückstellmagneten 40 und 42 sowie den Spulen 52 und 54 in einer Ebene liegen. Jedes der Ausgleichselemente 64 und 66 enthält ungesättigten Magnetwerkstoff mit vorzugsweise hohem Magnetisierungskoeffizienten, zum Beispiel Weicheisen. Dabei kann jedes der Ausgleichselemente 64 und 66 aus einem einzigen oder mehrere ein« Sin·* It should be noted here that the pointer 16 does not follow changes in the current value at the same intervals on the scale at the same intervals. As a result of the invention, compensating rotary elements, which consist of soft magnetic elements 64 and 66, are provided between the reset magnets 40 and 42 and the coils 52 and 54 following in the clockwise direction. These are arranged opposite one another with the rotor 38 in the middle and opposite the reset magnets 40 and 42 offset clockwise by a predetermined angle, as FIG. 1 shows. The rotary compensating elements 64 and 66 are fastened in a conventional manner, for example by gluing, to opposite edge surfaces of the ring 44, being in one plane with the rotor 38, the reset magnets 40 and 42 and the coils 52 and 54. Each of the compensation elements 64 and 66 contains unsaturated magnetic material with a preferably high magnetization coefficient, for example soft iron. Each of the compensating elements 64 and 66 can consist of one or more of a « Sin · *

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heit bildenden weichmagnetischen Elementen bestehen, wobei letztere in geeigneter Weise miteinander, zum Beispiel durch Kleben, gekoppelt sind.unit forming soft magnetic elements exist, the latter are coupled to one another in a suitable manner, for example by gluing.

Wie Fig. 3 zeigt, erzeugen die Rückstellmagnete 40 und 42 ein Magnetfeld in Richtung der Geraden 68, die durch den Mittelpunkt des Rotors 38 geht und sash in Richtung der Rückstellmagnete 40 und 42 erstreckt.. Dadurch wird der Rotor 38 in eine Richtung gedreht, in der das Querfeld des Rotors 38 in Richtung der Geraden 68 ausgerichtet ist. Zusätzlich wird der Rotor jedoch von den weichmagnetischen Ausgleichselementen 64 und 66 angezogen, die auf der gegenüber der Geraden 68 um den Winkel β im Uhrzeigersinn gedrehten Mittelpunktsgeraden 69 liegen. Im Ergebnis nimmt daher der Rotor eine dazwischenliegende Ruhestellung ein, bei der sein Querfeld einen dem Uhrzeigersinn folgenden Winkel θ mit der Geraden 68 bildet. In dieser, durch den Winkel θ gegenüber der Geraden 68 definierten Ruhe- oder Anfangsstellung des Rotors 38 steht der Zeiger 16 über der Nullmarkierung der Skala 20.As FIG. 3 shows, the restoring magnets 40 and 42 generate a magnetic field in the direction of the straight line 68 passing through the center point of the rotor 38 goes and sash extends in the direction of the reset magnets 40 and 42 .. This turns the rotor 38 in one direction rotated, in which the transverse field of the rotor 38 is aligned in the direction of the straight line 68. In addition, however, the rotor attracted by the soft magnetic compensation elements 64 and 66, which on the opposite to the straight line 68 by the angle β center line 69 rotated clockwise. As a result, the rotor therefore takes an intermediate rest position in which its transverse field forms an angle θ following the clockwise direction with the straight line 68. In this, through the angle θ with respect to the straight line 68 defined rest or initial position of the rotor 38, the pointer 16 is above the Zero mark on the scale 20.

Wenn die Spulen 52 und 54 von Strom durchflossen werden, entsteht ein zusätzliches magnetisches Feld, dessen Richtung der der Mittelpunktsgeraden 70 entspricht. Diese durch die Mitte des Rotors 38 verlaufende und sich in Richtung der Spulen 52 und 54 erstreckende Gerade 70 bildet mit der Geraden 68 einen dem Uhrzeigersinn folgenden Winkel ex . Wird daher der durch die Spulen 52 und 54 fließende Strom vergrößert, so vergrößert sich der Ruhestellungswinkel θ ebenfalls entsprechend und der Zeiger 16 wandert auf der Skala 20 entlang.When current flows through the coils 52 and 54, an additional magnetic field is created, the direction of which is the corresponds to straight line 70. This runs through the center of the rotor 38 and extends in the direction of the coils 52 and 54 extending straight line 70 forms with the straight line 68 an angle ex following clockwise. Therefore, the If the current flowing through the coils 52 and 54 increases, the rest position angle θ also increases accordingly and the pointer 16 moves along the scale 20.

Figur 5 zeigt eine Reihe von Kurven, die sich auf ein Meßinstrument 10 beziehen, bei dem die Spulen um einen Winkel oc von 150° versetzt angeordnet sind. Die Kurve 72 weist mit Bezug auf die ideale lineare Kurve 74 einen im allgemeinen S-förmigen Verlauf auf und kennzeichnet die Werte für den Winkel Q, die sich bei Fehlen der Ausgleichselemente zwischen den Spulen undFIG. 5 shows a series of curves which relate to a measuring instrument 10 in which the coils are arranged offset by an angle oc of 150 °. The curve 72 has a generally S-shaped profile with respect to the ideal linear curve 74 and characterizes the values for the angle Q, which are in the absence of the compensating elements between the coils and

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den Rückstellmagneten ergeben. Ein Vergleich der Kurven 72 und 74 zeigt, daß bei Werten unter 60° für den Winkel θ dieser sich nicht so schnell ändert wie der Strom durch die Spulen 52 und 54. Andererseits ändert sich der Winkel θ bei Werten über 60° schneller als der durch die Spulen fließende Strom. Im Ergebnis entspricht der Wert des Winkels θ nur am Wendepunkt dem Wert des zunehmenden Stromes, wenn θ gleich 60° ist.result in the reset magnet. A comparison of curves 72 and 74 shows that at values below 60 ° for the angle θ this does not change as quickly as the current through the coils 52 and 54. On the other hand, the angle θ changes at Values over 60 ° faster than the current flowing through the coils. As a result, the value of the angle corresponds to θ only at the inflection point the value of the increasing current when θ is equal to 60 °.

Die Kurve 76 hat eine viel flachere S-förmige Gestalt im Vergleich zur zugehörigen idealen linearen Kurve 78. Sie ergibt sich, wenn die Ausgleichsdrehelemente 64 und 66 mit einem Winkel von θ gleich 60° im Uhrzeigersinn versetzt vorgesehen werden, was dem Wert für den Wendepunkt der Kurve 72 entspricht. Die Ausgleichselemente 64 und 66 bestehen dabei aus so viel weichmagnetischem Werkstoff, daß der Rotor 38 seine Nullstellung bei Q gleich ,10° einnimmt. Ein Vergleich der Kurven 76 und zeigt, daß die Änderungen der Werte für den Winkel Q unter- und oberhalb des Wendepunktes bei 60° viel besser den entsprechenden Änderungen der Stromwerte in den Spulen 52 und folgen. Die Ausgleichselemente gleichen also Abweichungen in der Linearität der Anzeige des Meßinstrumentes bezüglich der Drehung des Rotors 38 und des Zeigers 12 abhängig von Stromänderungen in den Spulen weitgehend aus.The curve 76 has a much flatter S-shaped shape compared to the associated ideal linear curve 78. It results when the compensating rotary elements 64 and 66 are provided offset at an angle of θ equal to 60 ° in the clockwise direction, which is the value for the point of inflection corresponds to curve 72. The compensating elements 64 and 66 consist of so much soft magnetic material that the rotor 38 assumes its zero position at Q equal to 10 °. A comparison of the curves 76 and shows that the changes in the values for the angle Q below and above the point of inflection at 60 ° follow the corresponding changes in the current values in the coils 52 and 52 much better. The compensating elements thus largely compensate for deviations in the linearity of the display of the measuring instrument with respect to the rotation of the rotor 38 and the pointer 12 as a function of current changes in the coils.

Die Kurve 80, die der zugehörigen Idealkurve 82 in enger Annäherung folgt, ergibt sich, wenn die Ausgleichselemente stark genug sind, dem Rotor 38 eine Nullstellung bei θ gleich 20° aufzuzwingen. Ein Vergleich der Kurven 80 und 82 zeigt, daß Änderungen des Winkels θ unmittelbar den Änderungendes Stromes in den Spulen 52 und 54 entsprechen. Bei ausreichendem Volumen an weichmagnetischem Werkstoff zur Einstellung der Nullpunktsabweichung bewirken die Ausgleichselemente 64 und 66 eine Korrektur der Linearitätsabweichung der Messanzeige, so daß Ausschläge des "Zeigers 16 entlang der Skala 20 den zu messenden Stromwerten proportional sind.The curve 80, that of the associated ideal curve 82 in close approximation follows, if the compensating elements are strong enough, the rotor 38 is in a zero position at θ equal to 20 ° to impose. A comparison of curves 80 and 82 shows that changes in angle θ immediately affect changes in current in coils 52 and 54 correspond. If there is sufficient volume of soft magnetic material to set the zero point deviation effect the compensating elements 64 and 66 a correction of the linearity deviation of the measurement display, so that Deflections of the "pointer 16 along the scale 20 to be measured Current values are proportional.

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Fig. ό zeigt, daß bei zunehmenden Werten für den Winkel O die Rückstellmagnete 40 und 42 auf den Rotor 38 eine Anziehungskraft oder Rückstellkraft ausüben. Diese Rückstellkraft ist nützlich für die Rückführung des Rotors 38 in die Nullstellung, wenn der Strom durch die Spulen 52 und 54 abgeschaltet wird.Fig. Ό shows that with increasing values for the angle O the restoring magnets 40 and 42 exert an attraction or restoring force on the rotor 38. This restoring force is useful for returning the rotor 38 to the neutral position when the current through the coils 52 and 54 is turned off will.

Aus Fig. 7 ist zu entnehmen, daß bei zunehmenden Werten für den Winkel θ die Ausgleichselemente 64 und 66 anfänglich eine Anziehungskraft auf den Rotor 38 ausüben, bis θ den Wert 60° erreicht. Diese Anziehungskraft wirkt der Anziehungskraft der Rückstellmagnete 40 und 42 teilweise entgegen und unterstützt damit das durch die Spulen 52 und 54 aufgebaute Magnetfeld. Wenn dagegen die Werte für den Winkel θ über den Wert von hinaus ansteigen, wird von den Ausgleichsdrehelementen 64 und eine Anziehungskraft ausgeübt, die dem Spulenmagnetfeld ebenfalls entgegenwirkt und damit das von den Rückstellmagneten 40 und herrührende Magnetfeld unterstützen.From Fig. 7 it can be seen that with increasing values for the angle θ the compensating elements 64 and 66 initially one Apply attractive force to the rotor 38 until θ reaches the value 60 °. This attraction acts on the attraction of the Reset magnets 40 and 42 partially oppose and thus support the magnetic field built up by coils 52 and 54. On the other hand, when the values for the angle θ increase beyond the value of, the compensating rotary elements 64 and exerted an attractive force which also counteracts the coil magnetic field and thus that of the reset magnets 40 and support the resulting magnetic field.

Fig. 8 zeigt schließlich, daß bei unterschiedlichen Stromwerten I₁ und I₂ für die durch die Spulen 52 und 54 fließenden Ströme die auf den Rotor 38 einwirkende resultierende Drehkraft des Spulenfeldes ihren maximalen Wert jeweils bei θ gleich erreicht. Ein Winkel von θ gleich 60° entspricht jedoch dem Winkel ß, durch den die Lage der Ausgleichsdrehelemente 64 und festgelegt ist. Daraus folgt, daß der Winkel ß dem Winkeioc abzüglich 90° entspricht. Um daher eine lineare Auslenkung des Rotors 38 und des Zeigers 16 zu erreichen, sind die Ausgleichsdrehelemente 64 und 66 auf der Geraden 69 angeordnet, die mit der durch die Spulen 52 und 54 festgelegten Geraden einen Winkel von 90° bildet. In Auswirkung dieser Erkenntnis sind die Rückstellmagnete auf einer Mittelpunktgeraden anzuordnen, die mit der durch die Spulen 52 und 54 bestimmten Geraden einen Winkel von 160° bildet. Daraus folgt für den Winkel ß der Wert 70°. Dabei führt ein ausreichendes Volumen der Ausgleichselemente an weichmagnetischem Stoff für eine Nullstellung des Rotors 38 bei einem Winkel von © gleich 25° zu einer nochFinally, FIG. 8 shows that with different current values I ₁ and I ₂ for the currents flowing through the coils 52 and 54, the resulting rotational force of the coil field acting on the rotor 38 reaches its maximum value at θ equal in each case. An angle of θ equal to 60 °, however, corresponds to the angle ß by which the position of the compensating rotary elements 64 and 64 is determined. It follows from this that the angle β corresponds to the angle oc minus 90 °. In order to achieve a linear deflection of the rotor 38 and the pointer 16, the compensating rotary elements 64 and 66 are arranged on the straight line 69 which forms an angle of 90 ° with the straight line defined by the coils 52 and 54. As a result of this finding, the reset magnets are to be arranged on a straight line through the center which forms an angle of 160 ° with the straight line determined by the coils 52 and 54. From this follows the value 70 ° for the angle β. A sufficient volume of the compensating elements of soft magnetic material for a zero position of the rotor 38 at an angle of equal to 25 ° leads to a still

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engeren Anlehnung der Drehbewegung des Rotors 38 und Zeigers an die Idealkurve als die Kurve 80 in Fig. 5.The rotational movement of the rotor 38 and pointer is more closely related to the ideal curve than curve 80 in FIG. 5.

Fig. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform, bei der das Dreh-.magnetinstrument ähnlich dem beschriebenen ausgebildet ist, ausser daß jedes der Kompensationsdrehelemente 64 und 66 durch eine bogenförmige Anordnung von jeweils mehreren magnetischen Elementen oder Segmenten 84 bzw. 86 ersetzt ist. Die weichmagnetischen Elemente der Anordnungen 84 und 86 sind ungleichmäßig auseinanderliegend, durch nichtmagnetisches Material, zum Beispiel Messing, getrennt angeordnet. So können die weichmagnetischen Elemente in jeder der Anordnungen 84 und 86 mit im Uhrzeigersinn zunehmendem Abstand angeordnet sein und zwar ausgehend von dem jeweils nächstliegenden Rückstellmagneten in Richtung zur Mittelpunktslinie 69, die gegenüber der zugehörigen Spule um 90° entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht verääuft. Ausgehend von der Geraden 69 im Uhrzeigersinn zur Gerade 70 sind die weichmagnetischen Elemente in beiden Anordnungen 84 ind 86 dann wieder enger mit zunehmendem Abstand angeordnet. Die Anordnungen 84 und 86 üben daher eine Anziehungskraft auf den Rotor 38 aus, bis dessen Querfeld im wesentlichen senkrecht zum Spulenmagnetfeld verläuft. Wird der Rotor 38 über diesen Punkt hinausgedreht, üben die Anordnungen 84 und 86 erneut eine Anziehungskraft auf den Rotor 38 aus. Dementsprechend kann durch geeignete Anordnung der weichmagnetischen Elemente in den Anordnungen und 86 die Drehbewegung des Messwerks in jeder gewünschten Weise mit Bezug auf den Strom in den Spulen 52 und 54 beeinflußt werden. Beispielsweise können die weichmagnetischen Elemente der Anordnungen 84 und 86 so angeordnet sein, daß das Meßinstrument linear reagiert, wenn ein sich exponentiell ändernder Strom durch die Spulen 52 und 54 fließt.Fig. 4 shows a modified embodiment, in which the rotary. Magnetinstrument is designed similar to that described, except that each of the compensating rotary elements 64 and 66 by a arcuate arrangement of several magnetic elements or segments 84 and 86, respectively, is replaced. The soft magnetic Elements of assemblies 84 and 86 are unevenly spaced, due to non-magnetic material such as brass, arranged separately. Thus, the soft magnetic elements in each of the arrangements 84 and 86 can increase in a clockwise direction Be arranged at a distance, starting from the respectively closest reset magnet in the direction of the center line 69, which is rotated 90 ° counterclockwise with respect to the associated coil. Starting from the straight line 69 clockwise to straight line 70, the soft magnetic elements in both arrangements 84 and 86 are then again arranged closer with increasing distance. The assemblies 84 and 86 therefore exert an attractive force on the rotor 38, until its transverse field is essentially perpendicular to the coil magnetic field. If the rotor 38 is turned beyond this point, The assemblies 84 and 86 again exert an attractive force on the rotor 38. Accordingly, by appropriate Arrangement of the soft magnetic elements in the arrangements and 86 the rotary movement of the measuring mechanism in any desired manner with respect to the current in the coils 52 and 54 can be influenced. For example, the soft magnetic elements of the assemblies 84 and 86 be arranged so that the measuring instrument responds linearly when an exponentially changing current flows through the coils 52 and 54.

Damit ergibt sich aus allem ein Drehmagnetmeßinstrument mit einem zylindrischen Magneten, der drehbar zwischen senkrecht zueinander angeordneten Paaren von auf Mittelpunktsgeraden liegenden Rückstellmagneten und Spulen gelagert ist, und mit Ausgleichsdrehelementen zur Korrektur von LinearitätsfehlernThis results in a rotary magnet measuring instrument with a cylindrical magnet that can be rotated between perpendicular mutually arranged pairs of restoring magnets and coils lying on straight center lines, and with Compensating rotary elements for correcting linearity errors

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der Instrumentenanzeige, die jeweils zwischen den Rückstellmagneten und der im Uhrzeigersinn nächstliegenden Spule angeordnet sind.the instrument display, each between the reset magnets and the closest coil in the clockwise direction.

Ausgehend von den erläuterten Ausführungsbeispielen sind eine Reihe von Abänderungen ohne weiteres denkbar, ohne daß der Umfang des in den Ansprüchen dargelegten Erfindungsgedankens verlassen wird. Alle gezeigten und erläuterten Einzelheiten sind daher nur als Beispiele ohne Einschränkung des zugrundeliegenden allgemeinen Erfindungsgedankens zu verstehen.Based on the illustrated embodiments, a number of modifications are readily conceivable without the The scope of the inventive concept set out in the claims is departed from. All details shown and explained are therefore only to be understood as examples without restricting the underlying general inventive concept.

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Claims (11)

PatentansprücheClaims Magnetische Meßeinrichtung, die einen im Ruhezustand eine Nullstellung einnehmenden magnetischen Rotor aufweist, der durch auf ihn einwirkende veränderliche magnetische Drehkräfte, die von in der Nähe des Rotors angebrachten Steuerelementen ausgeübt werden, aus der Nullstellung auslenkbar ist, und der mit RUckstellelementen für die Rückdrehung in die Nullstellung gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Ausgleichsdrehelemente (64, 66 bzw. 84, 86) in der Nähe des Rotors (38) angeordnet sind, die sicherstellen, daß die jeweilige Auslenkung des Rotors (38) aus der Nullstellung den von den Steuerelementen (52, 54) ausgeübten magnetischen Drehkräften entspricht.Magnetic measuring device which has a magnetic rotor which takes a zero position in the idle state, which is deflectable from the zero position by variable magnetic rotational forces acting on it and which are exerted by control elements mounted in the vicinity of the rotor, and which is equipped with reset elements for the reverse rotation into the Zero position is coupled, characterized in that additional rotary compensating elements (64, 66 or 84, 86) are arranged in the vicinity of the rotor (38), which ensure that the respective deflection of the rotor (38) from the zero position corresponds to that of the control elements (52, 54) corresponds to exerted magnetic torsional forces. 2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß. die Steuerelemente (52, 54) elektromagnetisch arbeiten und stromführende Glieder aufweisen, die in der Nähe des Rotors (38) angebracht sind und diesen entsprechend dem sie durchfließenden Strom auslenken.2. Measuring device according to claim 1, characterized in that. the control elements (52, 54) work electromagnetically and have current-carrying members which are attached in the vicinity of the rotor (38) and deflect it according to the current flowing through them. 3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stromführenden Glieder aus einem Paar axial ausgerichteter und miteinander verbundener^ Spulen (52, 54) bestehen, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Rotors(38) mit Abstand angeordnet sind.3. Measuring device according to claim 2, characterized in that the current-carrying members consist of a pair of axially aligned and interconnected ^ coils (52, 54) which are spaced apart on opposite sides of the rotor (38). 4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet. daß die Ausgleichsdrehelemente (64, 66 bzw. 84, 86) aus mehreren weichmagnetischen Elementen bestehen, die mit radialem Abstand vom Rotor(38) und winklig zur Spulenachse (70) angeordnet sind.4. Measuring device according to one of claims 1 to 3, characterized. that the compensating rotary elements (64, 66 or 84, 86) consist of several soft magnetic elements which are arranged at a radial distance from the rotor (38) and at an angle to the coil axis (70). 5. Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsdrehelemente aus einem auf derselben Gerade (69) liegenden Paar von weichmagnetischen Elementen (64, 66)5. Measuring device according to claim 4, characterized in that the compensating rotary elements consist of a pair of soft magnetic elements (64, 66) lying on the same straight line (69) 7098U/06917098U / 0691 bestehen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Rotors (38) angeordnet sind.exist, which are arranged on opposite sides of the rotor (38). 6. Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die weichmagnetischen Elemente (64, 66) in einem Winkel von 90° zur Spulenachse (70) angeordnet sind.6. Measuring device according to claim 5, characterized in that the soft magnetic elements (64, 66) are arranged at an angle of 90 ° to the coil axis (70). 7. Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichselemente aus mehreren, auf verschiedenen Graden liegenden Paaren von weichmagnetischen Elementen bestehen, wobei die Elemente eines jeden Paares jeweils auf gegenüber- · liegenden Seiten des Rotors (38) angeordnet sind, und daß die jeweils auf derselben Seite benachbart liegenden Elemente (84 bzw. 86) in unterschiedlichen Abständen zueinander angeordnet sind.7. Measuring device according to claim 4, characterized in that the compensating elements consist of several pairs of soft magnetic elements lying on different degrees, the elements of each pair being arranged on opposite sides of the rotor (38), and that the elements (84 or 86) lying adjacent to one another on the same side are arranged at different distances from one another. 8. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die RUckstellelemente (40, 42) aus Dauermagneten bestehen, deren Kräfte den veränderlichen Anziehungskräften der Steuerelemente (52, 54) mit Bezug auf den Rotor (38) entgegenwirken.8. Measuring device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the resetting elements (40, 42) consist of permanent magnets, the forces of which counteract the variable forces of attraction of the control elements (52, 54) with respect to the rotor (38). 9. Meßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauermagnete (40, 42) aus mehreren Elementen bestehen, die mit radialem Abstand vom Rotor (38) und winklig zur Spulenachse (70) und zur Verbindungslinie (69) der weichmagnetischen Ausgleichselemente (z.B. 64, 66) angeordnet sind.9. Measuring device according to claim 8, characterized in that the permanent magnets (40, 42) consist of several elements which are at a radial distance from the rotor (38) and at an angle to the coil axis (70) and to the connecting line (69) of the soft magnetic compensating elements (e.g. 64, 66) are arranged. 10. Meßeinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellelemente aus einem auf derselben Geraden (68) liegenden Paar von Dauermagneten (40, 42) bestehen, die auf gegenüberliegenden Seiten des Rotors (38) und mit gegensätzlichen Polen auf diesen weisend angeordnet sind.10. Measuring device according to claim 8 or 9, characterized in that the restoring elements consist of a pair of permanent magnets (40, 42) lying on the same straight line (68), which point on opposite sides of the rotor (38) and with opposite poles are arranged. 709814/0891709814/0891 11. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die weichmagnetischen Ausgleichselemente (64, 66 bzw. 84, 86) jeweils zwischen einem der Rückstellelemente (z.B. 40) und der im Uhrzeigersinn nächstliegenden Spule (z.B. 52) angeordnet sind.11. Measuring device according to any one of claims 8 to 10, characterized in that the soft magnetic compensation elements (64, 66, 84, 86) of the restoring members (eg 40) and the closest clockwise coil are arranged (for example, 52) each between a. 7098U/06917098U / 0691